智能物料搬運(yùn)機(jī)器人競(jìng)賽技術(shù)培訓(xùn)-alex

智能物料搬運(yùn)機(jī)器人競(jìng)賽

技術(shù)培訓(xùn)

2018.10

武曉東智能物流搬運(yùn)機(jī)器人競(jìng)賽規(guī)則及場(chǎng)地技術(shù)拆解及難點(diǎn)、競(jìng)賽思路流程競(jìng)賽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略競(jìng)賽電控設(shè)計(jì)策略

智能物料搬運(yùn)機(jī)器人競(jìng)賽賽場(chǎng)地賽場(chǎng)尺寸：2400mm×2400mm方形平面區(qū)域物料：圓柱體、方形體、球體及其組合體，物料的各邊長(zhǎng)或直徑尺寸限制在30～80mm范圍，重量范圍為40～80g9.7寸的平板電腦，用于顯示給機(jī)器人讀取任務(wù)的二維碼。二維碼尺寸為100×100（像素）。二維碼信息被設(shè)置為“1”、“2”、“3”三個(gè)數(shù)字的組合。其中，“1”對(duì)應(yīng)紅色，“2”對(duì)應(yīng)綠色，“3”對(duì)應(yīng)藍(lán)色。機(jī)器人需在5分鐘時(shí)間內(nèi)完成比賽，用時(shí)少者得分高，物料放置位置的精確程度也影響得分。每隊(duì)有2次機(jī)會(huì)，取2次成績(jī)中的最好成績(jī)。機(jī)器人需要有場(chǎng)地目標(biāo)位置識(shí)別、自主路徑規(guī)劃、自主移動(dòng)、二維碼讀取、物料顏色識(shí)別或形狀識(shí)別、物料抓取和搬運(yùn)等功能進(jìn)入場(chǎng)地參賽的機(jī)器人（含末端抓取裝置（手爪））應(yīng)能夠通過(guò)一個(gè)尺寸與一張A4紙相當(dāng)?shù)拈T框方可參加比賽。“A4門框”橫向或豎向放置均可。允許機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為可折疊形式，但通過(guò)“A4門框”后應(yīng)能自行展開(kāi)。智能物流搬運(yùn)機(jī)器人競(jìng)賽規(guī)則及場(chǎng)地技術(shù)拆解及難點(diǎn)、競(jìng)賽思路流程競(jìng)賽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略競(jìng)賽電控設(shè)計(jì)策略技術(shù)拆解一個(gè)什么樣的移動(dòng)底盤合適？底盤載重，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，運(yùn)動(dòng)速度，底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電機(jī)選型；需要多少自由度的機(jī)械臂？手爪抓取的運(yùn)動(dòng)范圍，機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；如何識(shí)別二維碼任務(wù)信息？視覺(jué)二維碼識(shí)別，二維碼識(shí)別器；如何識(shí)別工件的顏色？視覺(jué)顏色識(shí)別，或者顏色傳感器識(shí)別；移動(dòng)底盤如何定位？多傳感器定位，視覺(jué)識(shí)別。技術(shù)難點(diǎn)1.視覺(jué)識(shí)別-選擇什么主控制器？如何進(jìn)行程序設(shè)計(jì)？如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)視覺(jué)的二維碼識(shí)別及顏色識(shí)別？2.機(jī)器人定位-如何使機(jī)器人到達(dá)固定位置停止？3.機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-選擇串聯(lián)機(jī)械臂、并聯(lián)機(jī)械臂、笛卡爾直角坐標(biāo)系機(jī)械臂？這些機(jī)械臂結(jié)構(gòu)如何設(shè)計(jì)與制作？4.組建一支參賽團(tuán)隊(duì)-這個(gè)比賽對(duì)編程要求高，需要學(xué)生掌握哪些知識(shí)？5.編程相關(guān)資料-如果只有機(jī)械的學(xué)生，編程能力不強(qiáng)，如何順利的開(kāi)展競(jìng)賽項(xiàng)目？競(jìng)賽思路及流程競(jìng)賽方案采用樹(shù)莓派與Arduino相結(jié)合的工作方式進(jìn)行路徑的規(guī)劃、二維碼識(shí)別以及顏色的識(shí)別。通過(guò)對(duì)各個(gè)階段的數(shù)據(jù)分析來(lái)進(jìn)行物料的抓取、放置等操作。通過(guò)底部傳感器來(lái)進(jìn)行路線的檢測(cè)掃描二維碼獲取要抓取物料的順序?qū)Ω鱾€(gè)物料進(jìn)行顏色識(shí)別，從而按照二維碼所獲得的順序進(jìn)行物料抓取根據(jù)二維碼及物料放置順序放置物料至對(duì)應(yīng)顏色區(qū)域場(chǎng)地、競(jìng)賽思路及流程技術(shù)拆解及難點(diǎn)競(jìng)賽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略競(jìng)賽電控設(shè)計(jì)策略底盤機(jī)構(gòu)差速底盤：移動(dòng)速度快運(yùn)動(dòng)性能穩(wěn)定調(diào)試難度低全向移動(dòng)底盤：移動(dòng)速度快運(yùn)動(dòng)性能穩(wěn)定調(diào)試難度高齒輪組夾持器連桿組夾持器齒輪連桿組夾持器夾持機(jī)構(gòu)夾持機(jī)構(gòu)自由度分析成功搬運(yùn)物料：前伸（后退），夾取，拿起（放下），翻轉(zhuǎn)（放置），轉(zhuǎn)移5自由度：每個(gè)動(dòng)作都依靠機(jī)械臂執(zhí)行。4自由度：前伸（后退）通過(guò)底盤執(zhí)行，其他動(dòng)作通過(guò)機(jī)械臂完成。3自由度：前伸（后退）、轉(zhuǎn)移通過(guò)底盤執(zhí)行，其他動(dòng)作通過(guò)機(jī)械臂完成。2自由度：前伸（后退）、轉(zhuǎn)移通過(guò)底盤地形，夾取和拿放的動(dòng)共用一個(gè)自由度，翻轉(zhuǎn)一個(gè)自由度。抓取放置演示視頻案例分享智能物流搬運(yùn)機(jī)器人競(jìng)賽規(guī)則及場(chǎng)地技術(shù)拆解及難點(diǎn)、競(jìng)賽思路流程競(jìng)賽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略競(jìng)賽電控設(shè)計(jì)策略競(jìng)賽電控設(shè)計(jì)

競(jìng)賽方案采用樹(shù)莓派與Arduino相結(jié)合的工作方式進(jìn)行路徑的規(guī)劃、二維碼識(shí)別以及顏色的識(shí)別。通過(guò)對(duì)各個(gè)階段的數(shù)據(jù)分析來(lái)進(jìn)行物料的抓取、放置等操作。

底盤運(yùn)動(dòng)控制差速底盤底盤運(yùn)動(dòng)控制全向底盤2底盤運(yùn)動(dòng)控制全向底盤3黑標(biāo)/灰度白標(biāo)傳感器選擇傳感器安裝1、安裝高度：離地面1~3cm，具體高度需要測(cè)試。2、安裝位置：車身正直時(shí)，傳感器位于黑線邊緣處最好。因此，使用兩個(gè)以上傳感器時(shí)，可以據(jù)此確定傳感器之間的寬度。最少可以用幾個(gè)傳感器？單傳感器方案小車軌跡傳感器感應(yīng)到軌跡后，小車向反方向調(diào)整小車出發(fā)后向軌跡轉(zhuǎn)彎行駛，直至傳感器感應(yīng)到軌跡識(shí)別橫線，最少可以用幾個(gè)傳感器？雙傳感器方案小車傳感器軌跡傳感器右側(cè)傳感器觸發(fā)后，小車向右調(diào)整左側(cè)傳感器觸發(fā)后，小車向左調(diào)整遇到橫線，可同時(shí)觸發(fā)程序方案1、條件語(yǔ)句窮舉2、條件語(yǔ)句嵌套1、條件語(yǔ)句窮舉單傳感器傳感器策略偽碼1向右前行駛if（1）RS；0向左前行駛if（0）LS；小車軌跡傳感器1、條件語(yǔ)句窮舉傳感器1傳感器2窮舉法偽碼11

if（1，1）S；10

if（1，0）L；01if（0，1）R；00

if（0，0）S；小車傳感器1軌跡傳感器21、條件語(yǔ)句窮舉（例程）voidloop(){if((!(digitalRead(14))&&digitalRead(16))){left();}if((digitalRead(14)&&!(digitalRead(16)))){right();}if((!(digitalRead(14))&&!(digitalRead(16)))){str();}if((digitalRead(14)&&digitalRead(16))){str();}}1、條件語(yǔ)句窮舉（優(yōu)化）i=digitalRead(14);j=digitalRead(16);voidloop(){if(i==1&&j==0){left();}if(i==0&&j==1)){right();}if(i==1&&j==1){str();}if(i==0&&j==0){str();}}2、條件語(yǔ)句嵌套傳感器1傳感器2窮舉法偽碼嵌套法偽碼11

if（1，1）S；a=傳感器1取值；b=傳感器2取值；

if（a==b）S;00

if（0，0）S；01if（0，1）R；elseif(a==0&&b==1)R;10

if（1，0）L；elseL;小車傳感器1軌跡傳感器22、條件語(yǔ)句嵌套(寫法2)傳感器1傳感器2窮舉法偽碼嵌套法偽碼01if（0，1）R；a=傳感器1取值b=傳感器2取值

if(a==0&&b==1)R;

10

if（1，0）L；elseif(a==1&&b==0)L;11

if（1，1）F；elseF;00

if（1，0）F；小車傳感器1軌跡傳感器22、條件語(yǔ)句嵌套voidloop(){if((!(digitalRead(14))&&digitalRead(16))){left();}else

{if((digitalRead(14)&&!(digitalRead(16)))){right();}else{str();}

}}4、傳感器計(jì)數(shù)在競(jìng)賽過(guò)程中，我們需要隨時(shí)知道底盤處于哪個(gè)位置，此時(shí)就需要通過(guò)獲取傳感器觸發(fā)的次數(shù)來(lái)計(jì)算機(jī)器人底盤處于競(jìng)賽場(chǎng)地的哪個(gè)位置。5、傳感器布局示意圖路徑規(guī)劃-循跡循跡相關(guān)問(wèn)題現(xiàn)象1：程序沒(méi)有問(wèn)題，但小車無(wú)視黑線，完全沒(méi)有循線。分析問(wèn)題：小車無(wú)視黑線，可能原因是：①傳感器壞了；②傳感器安裝位置不合適，導(dǎo)致傳感器沒(méi)有觸發(fā)；③程序中直行時(shí)delay時(shí)間太長(zhǎng)導(dǎo)致沒(méi)能及時(shí)檢測(cè)到傳感器狀態(tài)；解決辦法：（1）我們可以先單獨(dú)測(cè)試一下傳感器是否損壞，用串口測(cè)值或點(diǎn)亮LED的方法進(jìn)行測(cè)試，如果確認(rèn)傳感器壞了，更換新傳感器。（2）如果傳感器是好的那么可能是傳感器的安裝位置不合適，先不要將傳感器固定在機(jī)器人身上，而用手持的方法，利用用串口測(cè)值或點(diǎn)亮LED的方法進(jìn)行測(cè)試，找到合適的安裝位置，再進(jìn)行安裝。（3）縮短delay()時(shí)長(zhǎng)，提高檢測(cè)頻率。循跡相關(guān)問(wèn)題現(xiàn)象2：循線時(shí)，傳感器檢測(cè)到黑線，但小車發(fā)生“蛇行”；或緊接著識(shí)別黑線不靈。分析問(wèn)題：（1）可能是小車兩側(cè)輪子差速過(guò)大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎半徑太小，從而“蛇行”；（2）可能是轉(zhuǎn)彎動(dòng)作delay時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致下次識(shí)別不靈。（3）可能是小車速度太快，外加程序執(zhí)行效率不高，導(dǎo)致未能識(shí)別到黑線。解決辦法：（1）轉(zhuǎn)彎時(shí)減小電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)差速，或用轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)替代差速轉(zhuǎn)向；（2）縮短delay時(shí)間，或不使用delay；（3）更換轉(zhuǎn)速慢的電機(jī)或提高程序執(zhí)行效率。二維碼識(shí)別及顏色識(shí)別zbar算法是一種開(kāi)源的條形碼、二維碼識(shí)別算法，能夠識(shí)別大部分種類的一維碼(條形碼)，以及使用比較普遍的QR二維碼。二維碼信息被設(shè)置為“1”、“2”、“3”三個(gè)數(shù)字的組合，如“123”、“321”等。其中，“1”對(duì)應(yīng)紅色，“2”對(duì)應(yīng)綠色，“3”對(duì)應(yīng)藍(lán)色。二維碼識(shí)別二維碼識(shí)別二維碼識(shí)別二維碼識(shí)別-視頻演示顏色識(shí)別顏色識(shí)別部分使用OpenCV加攝像頭進(jìn)行，通過(guò)對(duì)攝像頭拍攝到的二維碼圖片以及相應(yīng)顏色（HSV顏色模型）的物料的圖片分析處理來(lái)得到任務(wù)的抓取順序。二維碼信息被設(shè)置為“1”、“2”、“3”三個(gè)數(shù)字的組合，如“123”、“321”等。其中，“1”對(duì)應(yīng)紅色，“2”對(duì)應(yīng)綠色，“3”對(duì)應(yīng)藍(lán)色。技術(shù)要點(diǎn)-HSV顏色模型這個(gè)模型就是按色彩、深淺、明暗來(lái)描述的。H是色彩S是深淺，